離線式 AC/DC 電源廠商日益感受到成本增加的壓力，必須停止生產(chǎn)體積大、效率低的線性電源轉(zhuǎn)換器，并以結(jié)構(gòu)更小、更輕及效率更高的開關(guān)電源（SMPS）產(chǎn)品來取代。AC/DC即為將交流變換為直流，其功率流向可以是雙向的，功率流由電源流向負(fù)載的稱為"整流",功率流由負(fù)載返回電源的稱為"有源逆變".AC/DC變換器輸入為50/60Hz的交流電，因必須經(jīng)整流、濾波，因此體積相對較大的濾波電容器是必不可少的，同時因遇到安全標(biāo)準(zhǔn)（如UL、CCEE等）及EMC指令的限制（如IEC、FCC、CSA），交流輸入側(cè)必須加EMC濾波及使用符合安全標(biāo)準(zhǔn)的元件，這樣就限制AC/DC電源體積的小型化，另外，由于內(nèi)部的高頻、高壓、大電流開關(guān)動作，使得解決EMC電磁兼容問題難度加大，也就對內(nèi)部高密度安裝電路設(shè)計提出了很高的要求，由于同樣的原因，高電壓、大電流開關(guān)使得電源工作消耗增大，限制了AC/DC變換器模塊化的進(jìn)程，因此必須采用電源系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方法才能使其工作效率達(dá)到一定的滿意程度。

　　反激式（Flyback）及自激式轉(zhuǎn)換器（Ringing choke converter, RCC）是兩種常用的SMPS產(chǎn)品，適合用于全區(qū)域輸入充電器和適配器。反激式及自激式轉(zhuǎn)換器被公認(rèn)為是成本昂貴，且設(shè)計線路更為復(fù)雜的解決方案。Symmetric MultiProcessor System,對稱多處理系統(tǒng)。系統(tǒng)中包含多個處理器單元，這些單元在功能和結(jié)構(gòu)上都是相同的。SMPS,即Switch Mode Power Supply,指開關(guān)模式電源Scanning Mobility Particle Sizers,掃描電遷移率顆粒物粒徑譜儀。是一種用來測量粒徑在3~1000nm范圍內(nèi)的超細(xì)氣溶膠顆粒的高科技產(chǎn)品。它采用一種靜電分級器來測量顆粒物尺寸，并采用凝聚粒子計數(shù)器（CPC）來測定顆粒物的濃度。

　　不過，新型單開關(guān)組件的諧振非連續(xù)正激式轉(zhuǎn)換器（Resonant Discontinuous Forward Converter, RDFC）拓樸的出現(xiàn)，會讓制造商愿意重新審視他們的決定。這個新方案為耗電量低于60W的設(shè)備與低成本SMPS結(jié)構(gòu)之間搭起了一座橋梁，它能夠提供高效率、低待機(jī)功耗且小尺寸的SMPS拓樸結(jié)構(gòu)，而其電路設(shè)計更為簡單。

　　這項技術(shù)提供了更具有成本效益的方法，并可通過以下特點來增加SMPS拓樸的效能：

　　·諧振轉(zhuǎn)換時產(chǎn)生很低的EMI:這個方法適合用在音響及其它對EMI要求嚴(yán)格的應(yīng)用，反激式設(shè)計需要復(fù)雜的次級濾波電路，以符合低EMI的要求。

　　·零電壓切換：提供更高的電源轉(zhuǎn)換效率，遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)有能源之星（Energy Star）或其它監(jiān)管機(jī)構(gòu)的要求標(biāo)準(zhǔn)

　　· 使用成本低廉的三極管電源開關(guān)：一般而言，三極管電源開關(guān)的成本只有反激式SMPS拓樸中所使用的快速MOSFET開關(guān)價格的25%~30%.然而這種結(jié)構(gòu)也有其設(shè)計難點，如需要開發(fā)新的精密混合信號控制器，確保電源供應(yīng)，不管負(fù)載如何變化，都可以一直以效率運行，且平均電源轉(zhuǎn)換效率超過80%,無負(fù)載功耗低于100 mW.

　　RDFC-低成本開關(guān)電源

　　如同反激式技術(shù)一樣，正激式轉(zhuǎn)換器在超過100W的AC/DC離線式電源方面仍然是非常受歡迎的結(jié)構(gòu)；由于在適配器鐵氧體芯內(nèi)不存儲能量，與反激式技術(shù)相比，在鐵芯的尺寸上縮小了許多。然而此方法沒有用在較低的電源應(yīng)用上。

　　諧振非連續(xù)正激式不僅具有適配器鐵芯較小的優(yōu)點，同時也不需要輸出扼流圈和續(xù)流二極管，對于6W~60W的市場，此方案更具有商業(yè)吸引力。RDFC的簡化電路如圖1所示。

　　圖1 RDFC拓?fù)涞暮喕娐穲D

　　正激式轉(zhuǎn)換器只是通過適配器匝數(shù)比（Turns Ratio）函數(shù)的結(jié)果穩(wěn)壓，也就是說輸出電壓可以由輸入電壓及適配器匝數(shù)比計算出來。換言之，它沒有反饋電路且不需要光學(xué)耦合器，這樣就節(jié)省了系統(tǒng)和制造成本，并容易通過安全。

　　反激式拓樸中硬切換的特性，在電壓和電流切換波形內(nèi)往往因存在高頻成分而產(chǎn)生大量的電磁噪聲。為了符合EMI規(guī)定，適配器必須小心地構(gòu)建，并加上昂貴的Y電容及共模扼流圈以減少噪聲耦合，這些都是實際操作中的額外電氣成本。

　　RDFC實現(xiàn)中的半正弦（諧振波形）沒有這類高頻成分。這減少了電源的噪聲，且具有高達(dá)20W的輸出電源供應(yīng)能力，而不需要Y電容來進(jìn)行濾波。

　　半正弦的電壓峰值變化，是因為電源輸入大型充電電容上的電壓波動所致。電壓中的微小變化耦合到大電容電感上，引起了像自然抖動的開關(guān)頻率移位，進(jìn)一步改善了RDFC的EMI性能。

　　降低整體系統(tǒng)成本的主要原因是采用了低成本的三極管。此方法使用零電壓開關(guān)，在電流流動之前，電壓先降至極低的狀態(tài)，如圖2所示。整體的結(jié)果是，由于系統(tǒng)性能并不依賴快速開關(guān)，因此可以使用較慢的標(biāo)準(zhǔn)三極管，而不需常用于反激式設(shè)計中的快速開關(guān)MOSFET組件。

　　圖2 在反擊式轉(zhuǎn)換器中，開關(guān)的重迭是造成低效率的原因，而RDFC采用零電壓軟件開關(guān)來降低這些損耗

　　圖3所示為一個7 W 的RDFC的電源轉(zhuǎn)換效率對應(yīng)于負(fù)載的曲線，通過與能源之星的規(guī)定及典型線性轉(zhuǎn)換器比較，效率超過80%,而系統(tǒng)成本則和線性設(shè)計差不多或更低。

　　圖3 劍橋半導(dǎo)體的RDFC拓?fù)湓?W應(yīng)用中的電源轉(zhuǎn)換效率

　　峰值功率能力

　　正激式轉(zhuǎn)換器會在正向周期內(nèi)（即開關(guān)開啟且導(dǎo)通時），透過適配器將能量從初級側(cè)（Primary）傳遞到次級側(cè)（Secondary）。與反激式方案不同，適配器里沒有存儲能量，這帶來兩項好處：

　　·峰值功率能力：非常適用于需要短脈沖功率的應(yīng)用。

　　·變壓器鐵芯尺寸：在反激式電源中，電源從鐵芯獲得有限的能量，這不利于選擇較小尺寸的鐵芯。但RDFC則不同，就相同的輸出功率而言，RDFC所使用的變壓器和現(xiàn)有線性變壓器比較，在體積上大為縮小。

　　先進(jìn)的模擬和數(shù)字控制功率

　　RDFC電路比反激式設(shè)計的整體組件數(shù)量更少，而且在設(shè)計時間及人力的需求上也降低許多。在RDFC結(jié)構(gòu)中使用的C2470系列混合信號控制器，更進(jìn)一步簡化了電路，也將安全性及保護(hù)功能整合至芯片，并同時有模擬和數(shù)字控制回路。

　　控制器擁有智能型設(shè)計，可以通過檢測諧振時間來進(jìn)行電壓切換、決定占空比、設(shè)定限制電流以及進(jìn)入待機(jī)模式。這5種數(shù)字控制模式如圖4所示：

　　圖4 C2470系列混合信號控制器的5中控制模式能在不同運行狀態(tài)中保持的性

　　三極管的基極驅(qū)動和開關(guān)飽和為技術(shù)，確?？刂?a target="_blank">晶體管的電流受到控制，以降低初級開關(guān)晶體管中的開關(guān)損耗，優(yōu)化整體的系統(tǒng)效率，如圖5所示。

　　圖5 芯片集成了模擬反饋回路，以便智能的驅(qū)動低成本三極管

　　結(jié)語

　　諧振電源轉(zhuǎn)換器效率非常高，但一直都未能以商業(yè)化形式應(yīng)用在大量的消費性電子市場中。新的混合信號控制器已經(jīng)可以大量供應(yīng)，讓制造商能以新穎的電源轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)來設(shè)計低成本的開關(guān)電源，并取代6W~60W功率范圍的線性電源轉(zhuǎn)換器。它們擁有80%以上的電源轉(zhuǎn)換效率，并且在無負(fù)載時，電源功耗不超過 100mW;在數(shù)據(jù)表現(xiàn)上比標(biāo)準(zhǔn)且昂貴的反激式更為優(yōu)越。